(57)【要約】本開示は、光学システムにおいて使用するための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを伴うデバイスに関する。システムおよび方法が、異なる波長を有する光を複数の導波管のうちの１つの中に選択的に内部結合するために提供される。異なる波長を有する光を複数の導波管のうちの１つの中に選択的に内部結合するために提供されるシステムおよび方法は、入射光を複数の導波管のうちの１つと関連付けられた内部結合要素に向かって再指向するように構成されることができる切替可能な反射要素を備える、切替デバイスを備える。
2019510262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼を有する装着者によって使用されるように構成されるウェアラブル頭部搭載型ディスプレイシステムであって、前記ウェアラブル頭部搭載型ディスプレイシステムは、
光を出力し、画像を形成するように構成される光学プロジェクタと、
前記光を受信し、前記光を前記装着者の眼の中に指向するための複数の導波管と、
前記導波管を前記眼の正面に配置するように構成されるフレームと、
光を前記複数の導波管内の異なる導波管の中に選択的に結合するように配置される複数の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを備える切替デバイスと
を備える、ウェアラブル頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項２】
前記光学プロジェクタは、異なる色の光を選択的に出力する、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳミラーに対して配置された複数の内部結合光学要素をさらに備え、前記複数の内部結合光学要素は、前記光が全内部反射によって前記導波管に沿って伝搬するように、前記ＭＥＭＳミラーから反射された前記プロジェクタからの光を受信し、内部結合光学要素によって受信された光を内部結合光学要素と関連付けられた前記導波管のうちの１つの中に結合する、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項４】
前記複数の導波管と関連付けられた複数の外部結合光学要素をさらに備え、前記複数の外部結合光学要素は、前記複数の導波管からの光を前記複数の導波管から再指向するように構成される、請求項３に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項５】
前記複数のＭＥＭＳミラーの数は、前記複数の導波管の数と等しい、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項６】
前記複数のＭＥＭＳミラーの数は、前記複数の導波管の数未満である、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項７】
前記複数のＭＥＭＳミラーは、約３０度〜約６０度の値を有する角度θだけ、前記複数の導波管の表面と平行な表面の平面から反転されるように構成される、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項８】
前記複数のＭＥＭＳミラーは、出力光の光経路の内外に摺動するように構成される、請求項１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【請求項９】
ディスプレイデバイスであって、
導波管と、
光学源からの第１の波長における光ビームを前記導波管の中に再指向するように構成される内部結合光学要素と、
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと、
コントローラであって、前記ＭＥＭＳミラーが、前記光ビームの光学経路内に配置され、前記光ビームを前記内部結合光学要素に向かって再指向するように、前記ＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、コントローラと
を備える、ディスプレイデバイス。
【請求項１０】
第２の導波管と、
第２の波長における第２の光ビームを前記光学源から前記第２の導波管の中に再指向する第２の内部結合光学要素と、
第２の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと
をさらに備え、前記コントローラは、前記第２のＭＥＭＳミラーが、前記第２の光ビームの光学経路内に配置され、前記第２の光ビームを前記第２の内部結合光学要素に向かって再指向するように、前記第２のＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１１】
第３の導波管と、
第３の波長における第３の光ビームを前記光学源から前記第３の導波管の中に再指向する第３の内部結合光学要素と、
第３の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと
をさらに備え、前記コントローラは、前記第３のＭＥＭＳミラーが、前記第３の光ビームの光学経路内に配置され、前記第３の光ビームを前記第３の内部結合光学要素に向かって再指向するように、前記第３のＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、請求項１０に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１２】
前記第１の導波管、前記第２の導波管、および前記第３の導波管は、第１の深度平面と関連付けられ、前記第１、第２、および第３の導波管からの光は、前記第１の深度平面から生じるように現れる画像を生成するように構成される、請求項１１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１３】
前記第１の深度平面と異なる第２の深度平面と関連付けられる第４の導波管と、
前記第４の導波管と関連付けられ、前記第１、第２、または第３の波長のうちの１つにおける前記光学源からの光を前記第４の導波管の中に再指向するように構成される第４の内部結合光学要素と、
前記第４の内部結合光学要素にわたって配置される第４の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと、
をさらに備え、前記コントローラは、前記第４のＭＥＭＳミラーが、前記光学源から前記第４の内部結合光学要素に向かって前記光の光学経路内に配置されるように、前記第４のＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、請求項１２に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１４】
前記第１の導波管、前記第２の導波管、および前記第３の導波管は、前記第１の導波管、前記第２の導波管、および前記第３の導波管から光を出力するように構成される外部結合光学要素を備える、請求項１２に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１５】
ディスプレイデバイスであって、
第１の深度平面と関連付けられる第１の複数の導波管であって、前記複数の導波管は、前記第１の深度平面から生じるように見える画像を生成するように構成される、第１の複数の導波管と、
前記第１の複数の導波管と関連付けられる第１の複数の内部結合光学要素であって、前記複数の内部結合光学要素は、前記光学源からの光を前記複数の導波管の中に再指向するように構成される、第１の複数の内部結合光学要素と、
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと、
コントローラであって、前記ＭＥＭＳミラーが、前記光学源からの光の光学経路の内に配置され、前記光を前記第１の複数の内部結合光学要素に向かって再指向するように、前記ＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、コントローラと
を備える、ディスプレイデバイス。
【請求項１６】
第２の深度平面と関連付けられる第２の複数の導波管であって、前記第２の複数の導波管は、前記第２の深度平面から生じるように見える画像を生成するように構成される、第２の複数の導波管と、
前記第２の複数の導波管と関連付けられる第２の複数の内部結合光学要素であって、前記第２の複数の内部結合光学要素は、前記光学源からの光を前記第２の複数の導波管の中に再指向するように構成される、第２の複数の内部結合光学要素と、
第２の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと
をさらに備え、前記コントローラは、前記第２のＭＥＭＳミラーが、前記光学源からの光の光学経路内に配置され、前記光を前記第２の複数の内部結合光学要素に向かって再指向するように、前記第２のＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、請求項１５に記載のディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（参照による援用）
本願は、２０１６年３月１日に出願され“ＭＥＭＳ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ”と題された米国仮特許出願第６２／３０２，０９０号の優先権の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願の全体は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本開示は、光学システムにおいて使用するための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを伴うデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
現代のコンピューティングおよびディスプレイ技術は、いわゆる「仮想現実」または「拡張現実」体験のためのシステムの開発を促進しており、デジタル的に再現された画像またはその一部が、現実であるように見える、もしくはそのように知覚され得る様式でユーザに提示される。仮想現実または「ＶＲ」シナリオは、典型的には、他の実際の実世界の視覚的入力に対する透明性を伴わずに、デジタルまたは仮想画像情報の提示を伴い、拡張現実または「ＡＲ」シナリオは、典型的には、ユーザの周囲の実際の世界の可視化に対する拡張としてのデジタルまたは仮想画像情報の提示を伴うことを理解されたい。例えば、図１を参照すると、拡張現実場面１が、描写され、ＡＲ技術のユーザには、背景における人々、木々、建物を特徴とする実世界公園状設定１１００と、コンクリートプラットフォーム１１２０とが見える。これらのアイテムに加え、ＡＲ技術のユーザはまた、実世界プラットフォーム１１２０上に立っているロボット像１１１０、マルハナバチの擬人化のように見える、飛んでいる漫画のようなアバタキャラクタ１１３０等の「仮想コンテンツ」を「見ている」と知覚するが、これらの要素１１３０、１１１０は、実世界には存在しない。ヒトの視知覚系は、複雑であって、他の仮想または実世界画像要素間における仮想画像要素の快適で、自然のような感覚で、かつ豊かな提示を促進する、ＡＲ技術の生成は、困難である。
【０００４】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、ＡＲ技術に関連する種々の課題に対処する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれ、いくつかの革新的側面を有し、そのうちのいずれの単一のものも、本明細書に開示される望ましい属性に単独で関与するわけではない。種々の例示的システムおよび方法が、以下に提供される。
【０００６】
実施形態１：眼を有する装着者によって使用されるように構成されるウェアラブル頭部搭載型ディスプレイシステムであって、該ウェアラブル頭部搭載型ディスプレイシステムは、
光を出力し、画像を形成するように構成される光学プロジェクタと、
該光を受信し、該光を装着者の眼の中に指向するための複数の導波管と、
導波管を該眼の正面に配置するように構成されるフレームと、
光を該複数の導波管内の異なる導波管の中に選択的に結合するように配置される複数の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを備える切替デバイスと
を備える、ウェアラブル頭部搭載型ディスプレイシステム。
【０００７】
実施形態２：光学プロジェクタは、異なる色の光を選択的に出力する、実施形態１に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【０００８】
実施形態３：該ＭＥＭＳミラーに対して配置された複数の内部結合光学要素をさらに備え、該複数の内部結合光学要素は、該光が全内部反射によって該導波管に沿って伝搬するように、該ＭＥＭＳミラーから反射された該プロジェクタからの光を受信し、内部結合光学要素によって受信された光を内部結合光学要素と関連付けられた該導波管のうちの１つの中に結合する、実施形態１−２のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【０００９】
実施形態４：複数の導波管と関連付けられた複数の外部結合光学要素をさらに備え、該複数の外部結合光学要素は、複数の導波管からの光を該複数の導波管から再指向するように構成される、実施形態３に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００１０】
実施形態５：複数のＭＥＭＳミラーの数は、複数の導波管の数と等しい、実施形態１−４のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００１１】
実施形態６：複数のＭＥＭＳミラーの数は、複数の導波管の数未満である、実施形態１−５のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００１２】
実施形態７：複数のＭＥＭＳミラーは、約３０度〜約６０度の値を有する角度θだけ、複数の導波管の表面と平行な表面の平面から反転されるように構成される、実施形態１−６のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００１３】
実施形態８：複数のＭＥＭＳミラーは、出力光の光経路の内外に摺動するように構成される、実施形態１−６のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００１４】
実施形態９：ディスプレイデバイスであって、
導波管と、
光学源からの第１の波長における光ビームを導波管の中に再指向するように構成される内部結合光学要素と、
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと、
コントローラであって、ＭＥＭＳミラーが、光ビームの光学経路内に配置され、光ビームを内部結合光学要素に向かって再指向するように、ＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、コントローラと、
を備える、ディスプレイデバイス。
【００１５】
実施形態１０：
第２の導波管と、
第２の波長における第２の光ビームを光学源から第２の導波管の中に再指向する第２の内部結合光学要素と、
第２の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと
をさらに備え、コントローラは、第２のＭＥＭＳミラーが、第２の光ビームの光学経路内に配置され、第２の光ビームを第２の内部結合光学要素に向かって再指向するように、第２のＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、実施形態９に記載のディスプレイデバイス。
【００１６】
実施形態１１：
第３の導波管と、
第３の波長における第３の光ビームを光学源から第３の導波管の中に再指向する第３の内部結合光学要素と、
第３の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと
をさらに備え、コントローラは、第３のＭＥＭＳミラーが、第３の光ビームの光学経路内に配置され、第３の光ビームを第３の内部結合光学要素に向かって再指向するように、第３のＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、実施形態９−１０のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００１７】
実施形態１２：第１の導波管、第２の導波管、および第３の導波管は、第１の深度平面と関連付けられ、第１、第２、および第３の導波管からの光は、第１の深度平面から生じるように現れる画像を生成するように構成される、実施形態９−１１のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００１８】
実施形態１３：
第１の深度平面と異なる第２の深度平面と関連付けられる第４の導波管と、
第４の導波管と関連付けられ、第１、第２、または第３の波長のうちの１つにおける光学源からの光を第４の導波管の中に再指向するように構成される第４の内部結合光学要素と、
第４の内部結合光学要素にわたって配置される第４の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと
をさらに備え、コントローラは、第４のＭＥＭＳミラーが、光学源から第４の内部結合光学要素に向かって光の光学経路内に配置されるように、第４のＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、実施形態９−１２のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００１９】
実施形態１４：第１の導波管、第２の導波管、および第３の導波管は、第１の導波管、第２の導波管、および第３の導波管から光を出力するように構成される外部結合光学要素を備える、実施形態９−１３のいずれかに記載のディスプレイデバイス。
【００２０】
実施形態１５：
第１の深度平面と関連付けられる第１の複数の導波管であって、該複数の導波管は、第１の深度平面から生じるように見える画像を生成するように構成される、第１の複数の導波管と、
第１の複数の導波管と関連付けられる第１の複数の内部結合光学要素であって、該複数の内部結合光学要素は、光学源からの光を複数の導波管の中に再指向するように構成される、第１の複数の内部結合光学要素と、
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと、
コントローラであって、ＭＥＭＳミラーが、光学源からの光の光学経路の内に配置され、該光を第１の複数の内部結合光学要素に向かって再指向するように、ＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、コントローラと
を備える、ディスプレイデバイス。
【００２１】
実施形態１６：
第２の深度平面と関連付けられる第２の複数の導波管であって、該第２の複数の導波管は、第２の深度平面から生じるように見える画像を生成するように構成される、第２の複数の導波管と、
第２の複数の導波管と関連付けられる第２の複数の内部結合光学要素であって、該第２の複数の内部結合光学要素は、光学源からの光を第２の複数の導波管の中に再指向するように構成される、第２の複数の内部結合光学要素と、
第２の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーと
をさらに備え、コントローラは、第２のＭＥＭＳミラーが、光学源からの光の光学経路内に配置され、該光を第２の複数の内部結合光学要素に向かって再指向するように、第２のＭＥＭＳミラーを作動させるように構成される、実施形態１５に記載のディスプレイデバイス。
【００２２】
実施形態１７：眼を有する装着者によって使用されるように構成されるウェアラブル頭部搭載型ディスプレイシステムであって、該ウェアラブル頭部搭載型ディスプレイシステムは、
光を出力し、画像を形成するように構成される光学プロジェクタと、
該光を受信し、該光を装着者の眼の中に指向するための複数の導波管と、
導波管を該眼の正面に配置するように構成されるフレームと、
光を該複数の導波管内の異なる導波管の中に選択的に結合するように配置される複数の切替可能な反射要素を備える切替デバイスであって、複数の切替可能な反射要素は、出力光が反射されない第１の状態と、出力光が複数の導波管に向かって反射される第２の状態との間で切り替えるように構成される、切替デバイスと
を備える、ウェアラブル頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００２３】
実施形態１８：光学プロジェクタは、異なる色の光を選択的に出力する、実施形態１７に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００２４】
実施形態１９：該複数の切替可能な反射要素に対して配置された複数の内部結合光学要素をさらに備え、該複数の内部結合光学要素は、該光が全内部反射によって該導波管に沿って伝搬するように、該複数の切替可能な反射要素から反射された該プロジェクタからの光を受信し、内部結合光学要素によって受信された該光を内部結合光学要素と関連付けられた該導波管のうちの１つの中に結合する、実施形態１７−１８のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００２５】
実施形態２０：複数の導波管と関連付けられた複数の外部結合光学要素をさらに備え、該複数の外部結合光学要素は、複数の導波管からの光を該複数の導波管から再指向するように構成される、実施形態１９に記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００２６】
実施形態２１：複数の切替可能な反射要素の数は、複数の導波管の数と等しい、実施形態１７−２０のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００２７】
実施形態２２：複数の切替可能な反射要素の数は、複数の導波管の数未満である、実施形態１７−２１のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００２８】
実施形態２３：複数の切替可能な反射要素は、約３０度〜約６０度の値を有する角度θだけ、複数の導波管の表面と平行な表面の平面から反転されるように構成される、実施形態１７−２２のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【００２９】
実施形態２４：複数の切替可能な反射要素は、出力光の光経路の内外に摺動するように構成される、実施形態１７−２２のいずれかに記載の頭部搭載型ディスプレイシステム。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、ＡＲデバイスを通した拡張現実（ＡＲ）のユーザのビューを図示する。
【図２】図２は、ウェアラブルディスプレイシステムの実施例を図示する。
【図３】図３は、ユーザのための３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。
【図４】図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。
【図５】図５Ａ−５Ｃは、曲率半径と焦点半径との間の関係を図示する。
【図６】図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。
【図７】図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を図示する。
【図８】図８は、それぞれが内部結合光学要素を含む、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。
【図９Ａ】図９Ａは、ＭＥＭＳミラーを備える深度切替デバイスに光学的に結合されるスタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を含む、略図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、プロジェクタ光源に光学的に結合されるＭＥＭＳミラーを伴う、深度切替デバイスの実施例の上面図を図式的に図示する。
【図９Ｃ】図９Ｃは、切替デバイスの表面と平行な平面の内外に反転するように構成される反射ミラーを備える、切替デバイスの実装を図式的に図示する。
【図９Ｄ】図９Ｄ−１および図９Ｄ−２は、光ビームの光学経路の内外に摺動するように構成される反射ミラーを備える、切替デバイスの実装を図式的に図示する。
【図１０】図１０Ａおよび１０Ｂは、ＭＥＭＳミラーを備えるディスプレイデバイスの種々の実施形態の上部平面図を図示する。
【図１０Ｂ】図１０Ａおよび１０Ｂは、ＭＥＭＳミラーを備えるディスプレイデバイスの種々の実施形態の上部平面図を図示する。
【００３１】
図面は、例示的実施形態を図示するために提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
例示的ディスプレイシステム
ＶＲおよびＡＲ体験は、複数の深度平面に対応する画像が視認者に提供されるディスプレイを有する、ディスプレイシステムによって提供されることができる。画像は、深度平面毎に異なり得（例えば、場面またはオブジェクトの若干異なる提示を提供する）、視認者の眼によって別個に集束され、それによって、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に焦点を合わせるために要求される、眼の遠近調節に基づいて、および／または焦点から外れている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、ユーザに深度キューを提供することに役立ち得る。本明細書に議論されるように、そのような深度キューは、深度の真実味のある知覚を提供する。
【００３３】
現実的拡張現実体験を提示する重要な側面は、カラー画像の表示を提供することである。いくつかの構成では、フルカラー画像が、それぞれが特定の原色を有するコンポーネント画像をオーバーレイすることによって、種々の深度平面のために形成され得る。例えば、赤色、緑色、および青色画像がそれぞれ、各フルカラー画像を形成するために出力されてもよい。その結果、各深度平面は、それと関連付けられた複数の原色画像を有してもよい。本明細書に開示されるように、原色画像は、画像情報を含有する光を内部結合し、内部結合される光を導波管を横断して分散させ、次いで、光を視認者に向かって外部結合する、導波管を使用して、出力されてもよい。
【００３４】
いくつかのウェアラブルディスプレイシステムでは、これは、赤色／緑色／青色（ＲＧＢ）発光ダイオード（ＬＥＤ）の使用を通して達成されてもよく、これは、単一出力の中に組み合わせられる。実施例として、可視波長に関して、１つのタイプは、ＲＧＢコンバイナである。これらの波長は、ディスプレイ技術のために、色パレット全体を生成するために使用されることができる。しかしながら、ＲＧＢ  ＬＥＤのそれぞれは、その独自の特定の波長と関連付けられるため、３つの（またはそれを上回る）離散ＬＥＤを１つに組み合わせることは、多くの課題を呈し得る。加えて、コンバイナおよび任意の関連付けられた光学素子のサイズおよび重量は両方とも、特に、頭部装着型拡張現実ディスプレイシステムの状況では、考慮点である。サイズは、デバイスが消費者にとって審美的に魅力を維持し保つかどうかに影響を及ぼし得る。同様に、重量もまた、頭部装着型ＡＲディスプレイが、直接、ユーザの頭部上に装着されるように構成され、それによって、直接、頭部装着型ＡＲデバイスのユーザにとっての快適性および魅力に影響を及ぼすことを前提として、重要な懸念である。
【００３５】
深度平面切替のために、ＭＥＭＳミラーを利用する、本明細書に説明される種々のシステムおよび方法は、異なる色の照明を提供し、視認のための複数の深度平面を提供するディスプレイを用いて使用される、プロジェクタ（例えば、ＲＧＢ  ＬＥＤを備える）のサイズを低減させ得る。有利には、そのようなシステムおよび方法は、重量を低減させる、サイズを低減させる、またはウェアラブルディスプレイシステムの人間工学を改良し得る。
【００３６】
図２は、ウェアラブルディスプレイシステム８０の実施例を図示する。ディスプレイシステム８０は、ディスプレイ６２と、そのディスプレイ６２の機能をサポートするための種々の機械的および電子的なモジュールならびにシステムとを含む。ディスプレイ６２は、フレーム６４に結合されてもよく、これは、ディスプレイシステムユーザまたは視認者６０によって装着可能であって、ディスプレイ６２をユーザ６０の眼の正面に位置付けるように構成される。ディスプレイ６２は、いくつかの実施形態では、アイウェアと見なされてもよい。いくつかの実施形態では、スピーカ６６が、フレーム６４に結合され、ユーザ６０の外耳道に隣接して位置付けられる（いくつかの実施形態では、示されない別のスピーカが、ユーザの他方の外耳道に隣接して位置付けられ、ステレオ／成形可能音制御を提供する）。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステムはまた、１つまたはそれを上回るマイクロホン６７または他のデバイスを含み、音を検出してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロホンは、ユーザが、入力またはコマンドをシステム８０に提供することを可能にするように構成され（例えば、音声メニューコマンドの選択、自然言語質問等）、および／または他の人物（例えば、類似ディスプレイシステムの他のユーザ）とのオーディオ通信を可能にしてもよい。
【００３７】
図２を継続して参照すると、ディスプレイ６２は、有線導線または無線コネクティビティ等によって、ローカルデータ処理モジュール７０に動作可能に結合され６８、これは、フレーム６４に固定して取り付けられる、ユーザによって装着されるヘルメットまたは帽子に固定して取り付けられる、ヘッドホン内に埋設される、または別様にユーザ６０に除去可能に取り付けられる（例えば、リュック式構成、ベルト結合式構成において）等、種々の構成で搭載されてもよい。ローカル処理およびデータモジュール７０は、ハードウェアプロセッサならびに不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリまたはハードディスクドライブ）等のデジタルメモリを備えてもよく、両方とも、データの処理、キャッシュ、および記憶を補助するために利用されてもよい。データは、ａ）画像捕捉デバイス（カメラ等）、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープ等のセンサ（例えば、フレーム６４に動作可能に結合される、または別様にユーザ６０に取り付けられ得る）から捕捉された、および／またはｂ）可能性として処理または読出後にディスプレイ６２への通過のための遠隔処理モジュール７２および／または遠隔データリポジトリ７４を使用して取得および／または処理された、データを含む。ローカル処理およびデータモジュール７０は、これらの遠隔モジュール７２、７４が相互に動作可能に結合され、ローカル処理およびデータモジュール７０に対するリソースとして利用可能であるように、有線または無線通信リンクを介して等、通信リンク７６、７８によって、遠隔処理モジュール７２および遠隔データリポジトリ７４に動作可能に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、場所処理およびデータモジュール７０は、画像捕捉デバイス、マイクロホン、慣性測定ユニット、加速度計、コンパス、ＧＰＳユニット、無線デバイス、および／またはジャイロスコープのうちの１つまたはそれを上回るものを含んでもよい。いくつかの他の実施形態では、これらのセンサのうちの１つもしくはそれを上回るものは、フレーム６４に取り付けられてもよい、または有線もしくは無線通信経路によって場所処理およびデータモジュール７０と通信する、独立構造であってもよい。
【００３８】
図２を継続して参照すると、いくつかの実施形態では、遠隔処理モジュール７２は、データおよび／または画像情報を分析ならびに処理するように構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサを備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ７４は、インターネットまたは「クラウド」リソース構成における他のネットワーキング構成を通して利用可能であり得る、デジタルデータ記憶設備を備えてもよい。いくつかの実施形態では、遠隔データリポジトリ７４は、情報、例えば、拡張現実コンテンツを生成するための情報をローカル処理およびデータモジュール７０および／または遠隔処理モジュール７２に提供する、１つまたはそれを上回る遠隔サーバを含んでもよい。いくつかの実施形態では、全てのデータが、記憶され、全ての計算は、ローカル処理およびデータモジュール内で行われ、遠隔モジュールからの完全に自律的使用を可能にする。
【００３９】
「３次元」または「３−Ｄ」としての画像の知覚は、視認者の各眼への画像の若干異なる提示を提供することによって達成され得る。図３は、ユーザに関する３次元画像をシミュレートするための従来のディスプレイシステムを図示する。眼４、６毎に１つの２つの明確に異なる画像５、７が、ユーザに出力される。画像５、７は、視認者の視線と平行な光学軸またはｚ−軸に沿って距離１０だけ眼４、６から離間される。画像５、７は、平坦であって、眼４、６は、単一の遠近調節された状態をとることによって、画像上に合焦し得る。そのようなシステムは、ヒト視覚系に依拠し、画像５、７を組み合わせ、組み合わせられた画像の深度の知覚を提供する。
【００４０】
しかしながら、ヒト視覚系は、より複雑であって、深度の現実的知覚を提供することは、より困難であることを理解されたい。例えば、従来の「３−Ｄ」ディスプレイシステムの多くの視認者は、そのようなシステムが不快であることを見出す、または深度の感覚を全く知覚しない場合がある。理論によって限定されるわけではないが、オブジェクトの視認者は、輻輳・開散運動（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）および遠近調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）の組み合わせに起因して、オブジェクトを「３次元」として知覚し得ると考えられる。相互に対する２つの眼の輻輳・開散運動の移動（すなわち、眼の視線を収束させ、オブジェクトに固定させるための相互に向かった、またはそこから離れる瞳孔の転動移動）は、眼の水晶体を集束させること（または「遠近調節」）と密接に関連付けられる。通常条件下では、眼の水晶体の焦点を変化させる、または眼を遠近調節し、１つのオブジェクトから異なる距離における別のオブジェクトに焦点を変化させることは、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」として知られる関係下、同一距離までの輻輳・開散運動における整合的変化を自動的に生じさせるであろう。同様に、輻輳・開散運動における変化は、正常条件下では、遠近調節における整合的変化を誘起するであろう。本明細書に記載されるように、多くの立体視または「３−Ｄ」ディスプレイシステムは、３次元視点がヒト視覚系によって知覚されるように、各眼への若干異なる提示（したがって、若干異なる画像）を使用して、場面を表示する。しかしながら、そのようなシステムは、とりわけ、単に、場面の異なる提示を提供するが、眼が全画像情報を単一の遠近調節された状態において視認すると、「遠近調節−輻輳・開散運動反射」に対抗して機能するため、多くの視認者にとって不快である。遠近調節と輻輳・開散運動との間のより優れた整合を提供するディスプレイシステムは、３次元画像のより現実的かつ快適なシミュレーションを形成し得る。
【００４１】
図４は、複数の深度平面を使用して３次元画像をシミュレートするためのアプローチの側面を図示する。図４を参照すると、ｚ−軸上の眼４および６からの種々の距離におけるオブジェクトは、それらのオブジェクトが合焦するように、眼４、６によって遠近調節される。眼（４、６）は、特定の遠近調節された状態をとり、ｚ−軸に沿って異なる距離においてオブジェクトに合焦させる。その結果、特定の遠近調節された状態は、特定の深度平面におけるオブジェクトまたはオブジェクトの一部が、眼がその深度平面のための遠近調節された状態にあるとき合焦するように、関連付けられた焦点距離を有する、深度平面１４のうちの特定の１つと関連付けられると言え得る。いくつかの実施形態では、３次元画像は、眼４、６毎に画像の異なる提示を提供することによって、また、深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによってシミュレートされてもよい。例証を明確にするために、別個であるように示されるが、眼４、６の視野は、例えば、ｚ−軸に沿った距離が増加するにつれて重複し得ることを理解されたい。加えて、例証を容易にするために、平坦として示されるが、深度平面の輪郭は、深度平面内の全ての特徴が特定の遠近調節された状態における眼と合焦するように、物理的空間内で湾曲され得ることを理解されたい。
【００４２】
オブジェクトと眼４または６との間の距離はまた、その眼によって視認されるようなそのオブジェクトからの光の発散の量を変化させることができる。図５Ａ−５Ｃは、距離と光線の発散との間の関係を図示する。オブジェクトと眼４との間の距離は、減少距離Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の順序で表される。図５Ａ−５Ｃに示されるように、光線は、オブジェクトまでの距離が減少するにつれてより発散する。距離が増加するにつれて、光線は、よりコリメートされる。換言すると、点（オブジェクトまたはオブジェクトの一部）によって生成されるライトフィールドは、点がユーザの眼から離れている距離の関数である、球状波面曲率を有すると言え得る。曲率は、オブジェクトと眼４との間の距離の減少に伴って増加する。その結果、異なる深度平面では、光線の発散度もまた、異なり、発散度は、深度平面と視認者の眼４との間の距離の減少に伴って増加する。単眼４のみが、例証を明確にするために、図５Ａ−５Ｃおよび本明細書の他の図に図示されるが、眼４に関する議論は、視認者の両眼４および６に適用され得ることを理解されたい。
【００４３】
理論によって限定されるわけではないが、ヒトの眼は、典型的には、有限数の深度平面を解釈し、深度知覚を提供することができると考えられる。その結果、知覚された深度の高度に真実味のあるシミュレーションが、眼にこれらの限定数の深度平面のそれぞれに対応する画像の異なる提示を提供することによって達成され得る。異なる提示は、視認者の眼によって別個に集束され、それによって、異なる深度平面上に位置する場面のための異なる画像特徴に合焦させるために要求される眼の遠近調節に基づいて、および／または焦点がずれている異なる深度平面上の異なる画像特徴の観察に基づいて、ユーザに深度キューを提供することに役立ち得る。
【００４４】
図６は、画像情報をユーザに出力するための導波管スタックの実施例を図示する。ディスプレイシステム１０００は、複数の導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０を使用して３次元知覚を眼／脳に提供するために利用され得る、導波管のスタックまたはスタックされた導波管アセンブリ１７８を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイシステム１０００は、図２のシステム８０であって、図６は、そのシステム８０のいくつかの部分をより詳細に図式的に示す。例えば、導波管アセンブリ１７８は、図２のディスプレイ６２の一部であってもよい。
【００４５】
図６を継続して参照すると、導波管アセンブリ１７８はまた、複数の特徴１９８、１９６、１９４、１９２を導波管間に含んでもよい。いくつかの実施形態では、特徴１９８、１９６、１９４、１９２は、レンズであってもよい。導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０および／または複数のレンズ１９８、１９６、１９４、１９２は、種々のレベルの波面曲率または光線発散を用いて画像情報を眼に送信するように構成されてもよい。各導波管レベルは、特定の深度平面と関連付けられてもよく、その深度平面に対応する画像情報を出力するように構成されてもよい。画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８は、導波管のための光源として機能してもよく、画像情報を導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中に投入するために利用されてもよく、それぞれ、本明細書に説明されるように、眼４に向かって出力のために各個別の導波管を横断して入射光を分散させるように構成されてもよい。光は、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８の出力表面３００、３０２、３０４、３０６、３０８から出射し、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の対応する入力表面３８２、３８４、３８６、３８８、３９０の中に投入される。いくつかの実施形態では、入力表面３８２、３８４、３８６、３８８、３９０はそれぞれ、対応する導波管の縁であってもよい、または対応する導波管の主要表面の一部（すなわち、世界１４４または視認者の眼４に直接面する導波管表面のうちの１つ）であってもよい。光が導波管の主要側（縁ではない）の中に投入される、そのような構成は、図８に示される。いくつかの実施形態では、光の単一ビーム（例えば、コリメートされたビーム）が、各導波管の中に投入され、クローン化されたコリメートビームの全体場を出力してもよく、これは、特定の導波管と関連付けられた深度平面に対応する特定の角度（および発散量）において眼４に向かって指向される。いくつかの実施形態では、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８のうちの単一の１つは、複数（例えば、３つ）の導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０と関連付けられ、その中に光を投入してもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８はそれぞれ、それぞれ対応する導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中への投入のために画像情報を生成する、離散ディスプレイである。いくつかの他の実施形態では、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８は、例えば、画像情報を１つまたはそれを上回る光学導管（光ファイバケーブル等）を介して画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８のそれぞれに送り得る、単一の多重化されたディスプレイの出力端である。画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８によって提供される画像情報は、異なる波長または色（例えば、本明細書に議論されるように、異なる原色）の光を含んでもよいことを理解されたい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中に投入される光は、発光ダイオード（ＬＥＤ）または蛍光灯等の光源を含み得る、光出力モジュール２０９ｃを備える、プロジェクタアセンブリ２０９によって提供される。光出力モジュール２０９ｃからの光は、光変調器２０９ａ、例えば、空間光変調器によって、ビームスプリッタまたはビームコンバイナ（例えば、偏光ビームスプリッタまたはＲＧＢビームスプリッタ／ビームコンバイナ）２０９ｂを介して、指向および修正されてもよい。光変調器２０９ａは、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の中に投入される光の知覚される強度を変化させるように構成されてもよい。空間光変調器の実施例は、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）ディスプレイを含む、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む。
【００４８】
コントローラ２１０は、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８と、光源２０９ｃと、光変調器２０９ａとの動作を含む、スタックされた導波管アセンブリ１７８の１つまたはそれを上回るものの動作を制御する。いくつかの実施形態では、コントローラ２１０は、ローカルデータ処理モジュール７０の一部である。コントローラ２１０は、例えば、本明細書に開示される種々のスキームのいずれかに従って、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０への画像情報のタイミングおよびプロビジョニングを調整する、プログラミング（例えば、非一過性媒体内の命令）を含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、単一の一体型デバイスまたは有線もしくは無線通信チャネルによって接続される分散型システムであってもよい。コントローラ２１０は、いくつかの実施形態では、処理モジュール７０または７２（図１）の一部であってもよい。
【００４９】
図６を継続して参照すると、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０は、全内部反射（ＴＩＲ）によって各個別の導波管内で光を伝搬するように構成されてもよい。導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０はそれぞれ、主要な上部および底部表面ならびにそれらの主要上部表面と底部表面との間に延在する縁を伴う、平面である、または別の形状（例えば、湾曲）を有してもよい。図示される構成では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０はそれぞれ、各個別の導波管内で伝搬する光を導波管から再指向し、画像情報を眼４に出力することによって、光を導波管から抽出するように構成される、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０を含んでもよい。抽出された光はまた、外部結合光と称され得、光を外部結合する光学要素はまた、光抽出光学要素と称され得る。抽出された光のビームは、導波管によって、導波管内を伝搬する光が光抽出光学要素に衝打する場所において出力される。外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、例えば、本明細書にさらに議論されるような回折光学特徴を含む、格子であってもよい。説明の容易性および図面の明確性のために、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の底部主要表面に配置されて図示されるが、いくつかの実施形態では、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、本明細書にさらに議論されるように、上部および／または底部主要表面に配置されてもよい、ならびに／もしくは導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の体積内に直接配置されてもよい。いくつかの実施形態では、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、透明基板に取り付けられ、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０を形成する、材料の層内に形成されてもよい。いくつかの他の実施形態では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０は、材料のモノリシック部品であってもよく、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、材料のその部品の表面上および／またはその内部に形成されてもよい。
【００５０】
図６を継続して参照すると、本明細書に議論されるように、各導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０は、光を出力し、特定の深度平面に対応する画像を形成するように構成される。例えば、眼の最近傍の導波管１８２は、そのような導波管１８２の中に投入されるにつれて、眼４にコリメートされた光を送達するように構成されてもよい。コリメートされた光は、光学無限遠焦点面を表し得る。次の上方の導波管１８４は、眼４に到達し得る前に、第１のレンズ１９２（例えば、負のレンズ）を通して通過する、コリメートされた光を送出するように構成されてもよい。そのような第１のレンズ１９２は、眼／脳が、その次の上方の導波管１８４から生じる光を光学無限遠から眼４に向かって内向きにより近い第１の焦点面から生じるように解釈するように、若干の凸面波面曲率を生成するように構成されてもよい。同様に、第３の上方の導波管１８６は、眼４に到達する前に、その出力光を第１のレンズ１９２および第２のレンズ１９４の両方を通して通過させる。第１のレンズ１９２および第２のレンズ１９４の組み合わせられた屈折力は、眼／脳が、第３の導波管１８６から生じる光が次の上方の導波管１８４からの光であったよりも光学無限遠から人物に向かって内向きにさらに近い第２の焦点面から生じるように解釈するように、別の漸増量の波面曲率を生成するように構成されてもよい。
【００５１】
他の導波管層１８８、１９０およびレンズ１９６、１９８も同様に構成され、スタック内の最高導波管１９０は、人物に最も近い焦点面を表す集約焦点力のために、その出力をそれと眼との間のレンズの全てを通して送出する。スタックされた導波管アセンブリ１７８の他側の世界１４４から生じる光を視認／解釈するとき、レンズ１９８、１９６、１９４、１９２のスタックを補償するために、補償レンズ層１８０が、スタックの上部に配置され、下方のレンズスタック１９８、１９６、１９４、１９２の集約力を補償してもよい。そのような構成は、利用可能な導波管／レンズ対と同じ数の知覚される焦点面を提供する。導波管の外部結合光学要素およびレンズの集束側面の両方とも、静的であってもよい（すなわち、動的または電気活性ではない）。いくつかの代替実施形態では、一方または両方とも、電気活性特徴を使用して動的であってもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０のうちの２つまたはそれを上回るものは、同一の関連付けられた深度平面を有してもよい。例えば、複数の導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０が、同一深度平面に設定される画像を出力するように構成されてもよい、または導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の複数のサブセットが、深度平面毎に１つのセットを伴う、同一の複数の深度平面から画像を出力するように構成されてもよい。これは、それらの深度平面において拡張された視野を提供するようにタイリングされた画像を形成する利点を提供することができる。
【００５３】
図６を継続して参照すると、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、導波管と関連付けられた特定の深度平面のために、光をその個別の導波管から再指向し、かつ本光を適切な量の発散またはコリメーションを伴って出力するように構成されてもよい。その結果、異なる関連付けられた深度平面を有する導波管は、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０の異なる構成を有してもよく、これは、関連付けられた深度平面に応じて、異なる量の発散を伴う光を出力する。いくつかの実施形態では、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、特定の角度において光を出力するように構成され得る、立体または表面特徴であってもよい。例えば、光抽出光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、体積ホログラム、表面ホログラム、および／または回折格子であってもよい。いくつかの実施形態では、特徴１９８、１９６、１９４、１９２は、レンズではなくてもよい。むしろ、それらは、単に、スペーサ（例えば、クラッディング層および／または空隙を形成するための構造）であってもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、外部結合光学要素２８２、２８４、２８６、２８８、２９０は、回折パターンまたは「回折光学要素」（また、本明細書では、「ＤＯＥ」とも称される）を形成する、回折特徴である。好ましくは、ＤＯＥは、ビームの光の一部のみがＤＯＥの各交差点を用いて眼４に向かって偏向される一方、残りが全内部反射を介して導波管を通して移動し続けるように、十分に低い回折効率を有する。画像情報を搬送する光は、したがって、様々な場所において導波管から出射するいくつかの関連出射ビームに分割され、その結果、導波管内でバウンスする本特定のコリメートされたビームに関して、眼４に向かって非常に均一なパターンの出射放出となる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、１つまたはそれを上回るＤＯＥは、能動的に回折する「オン」状態と有意に回折しない「オフ」状態との間で切替可能であってもよい。例えば、切替可能なＤＯＥは、ポリマー分散液晶の層を備えてもよく、その中で微小液滴は、ホスト媒体中に回折パターンを備え、微小液滴の屈折率は、ホスト材料の屈折率に実質的に整合するように切り替えられることができる（その場合、パターンは、入射光を著しく回折させない）、または微小液滴は、ホスト媒体のものに整合しない屈折率に切り替えられることができる（その場合、パターンは、入射光を能動的に回折させる）。
【００５６】
図７は、導波管によって出力された出射ビームの実施例を示す。１つの導波管が図示されるが、導波管アセンブリ１７８内の他の導波管も同様に機能し得、導波管アセンブリ１７８は、複数の導波管を含むことを理解されたい。光４００が、導波管１８２の入力表面３８２において導波管１８２の中に投入され、ＴＩＲによって導波管１８２内を伝搬する。光４００がＤＯＥ２８２上に衝突する点では、光の一部は、導波管から出射ビーム４０２として出射する。出射ビーム４０２は、略平行として図示されるが、本明細書に議論されるように、また、導波管１８２と関連付けられた深度平面に応じて、ある角度（例えば、発散出射ビームを形成する）において眼４に伝搬するように再指向されてもよい。略平行出射ビームは、眼４からの遠距離（例えば、光学無限遠）における深度平面に設定されるように現れる画像を形成するように光を外部結合する、外部結合光学要素を伴う導波管を示し得ることを理解されたい。他の導波管または他の外部結合光学要素のセットは、より発散する、出射ビームパターンを出力してもよく、これは、眼４がより近い距離に遠近調節し、網膜に合焦させることを要求し、光学無限遠より眼４に近い距離からの光として脳によって解釈されるであろう。
【００５７】
いくつかの実施形態では、原色の光は、単一専用導波管によって出力されてもよく、その結果、各深度平面は、それと関連付けられた複数の導波管を有してもよい。光は、原色（例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ））に分離されることができ、異なる原色を導波管ディスプレイアセンブリの異なる層に送信することが望ましくあり得る。例えば、提供される特定の深度平面毎に、導波管アセンブリは、複数の導波管層を含み、異なる色の光（例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢ層）を表示してもよい。実施例として、各深度平面が、３つの色（例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢ）を備える、３つの深度平面を有する導波管アセンブリは、９つの導波管層を含んでもよい。本明細書に説明されるように、導波管アセンブリは、特定の深度平面のための適切な色の光を（例えば、特定の深度平面における赤色層のための赤色光）特定の層に送信するように構成されることができる。例えば、各深度平面は、第１の色Ｇと関連付けられた第１の導波管層と、第２の色Ｒと関連付けられた第２の導波管層と、第３の色Ｂと関連付けられた第３の導波管層とを有してもよい。故に、本実施例では、３つの導波管は、深度平面毎に提供されてもよく、３つの原色画像が、深度平面毎に提供される。物理的デバイスでは、導波管は全て、レベル毎に１つの導波管を伴うスタックで配列されてもよいことを理解されたい。特定の深度平面のためのこれらの導波管は、相互に隣接してもよい、またはそうではなくてもよい。いくつかの他の実施形態では、複数の原色が、例えば、単一導波管のみが深度平面毎に提供され得るように、同一導波管によって出力されてもよい。
【００５８】
概して、３つの原色として上記で説明されるが、一実施形態では、Ｇは、緑色であって、Ｒは、赤色であって、Ｂは、青色である。いくつかの他の実施形態では、マゼンタ色およびシアン色を含む、他の色も、加えて使用されてもよい、または赤色、緑色、もしくは青色のうちの１つまたはそれを上回るものに取って代わってもよい。
【００５９】
本開示全体を通した所与の光の色の言及は、その所与の色として視認者によって知覚される、光の波長の範囲内の１つまたはそれを上回る波長の光を包含するものと理解されると理解されたい。例えば、赤色光は、約６２０〜７８０ｎｍの範囲内である１つまたはそれを上回る波長の光を含んでもよく、緑色光は、約４９２〜５７７ｎｍの範囲内である１つまたはそれを上回る波長の光を含んでもよく、青色光は、約４３５〜４９３ｎｍの範囲内である１つまたはそれを上回る波長の光を含んでもよい。他の波長もまた、可能性として考えられる。
【００６０】
ここで図８を参照すると、いくつかの実施形態では、例えば、導波管の主要面に衝突する光は、その光を導波管の中に内部結合するように再指向されてもよい。内部結合光学要素は、その光をその対応する導波管の中に内部結合および再指向するために使用されてもよい。図８は、それぞれ、内部結合光学要素を含む、複数またはセット１２００のスタックされた導波管の実施例の断面側面図を図示する。導波管はそれぞれ、１つもしくはそれを上回る異なる波長または１つもしくはそれを上回る異なる波長範囲の光を出力するように構成されてもよい。スタック１２００は、スタック１７８（図６）に対応してもよく、スタック１２００の図示される導波管は、複数の導波管１８２、１８４、１８６、１８８、１９０の一部に対応してもよいが、画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８のうちの１つまたはそれを上回るものからの光が、内部結合のために再指向されている光を伴う位置から導波管の中に投入されることを理解されたい。
【００６１】
スタックされた導波管の図示されるセット１２００は、導波管１２１０、１２２０、および１２３０を含む。各導波管は、関連付けられた内部結合光学要素を含み、例えば、内部結合光学要素１２１２は、導波管１２１０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素１２２４は、導波管１２２０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置され、内部結合光学要素１２３２は、導波管１２３０の主要表面（例えば、上側主要表面）上に配置される。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２のうちの１つまたはそれを上回るものは、個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０の底部主要表面上に配置されてもよい（特に、１つまたはそれを上回る内部結合光学要素は、反射性偏向光学要素である）。図示されるように、内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２は、その個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０の上側主要表面（または次の下側導波管の上部）上に配置されてもよく、特に、それらの内部結合光学要素は、透過性偏向光学要素である。いくつかの実施形態では、内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２は、個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０の本体内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に議論されるように、内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２は、他の光の波長を透過しながら、１つまたはそれを上回る光の波長を選択的に再指向するような波長選択的である。例えば、ある波長の光は、内部結合光学要素１２１２を備える第１の層において、導波管スタックの第１の導波管の中に偏向（例えば、反射、屈折、または回折）されることができる一方、他の波長は、他の内部結合光学要素１２２２、１２３２に伝送され、スタック内の他の導波管に指向されることができる。例えば、第１の内部結合光学要素１２１２は、赤色光を第１の導波管（赤色光のために構成される）の中に偏向する一方、他の波長（例えば、緑色および青色）を導波管スタックの他の層に伝送するように構成されてもよい。その個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０の片側または角に図示されるが、内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２は、いくつかの実施形態では、その個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０の他の面積内に配置されてもよいことを理解されたい。
【００６２】
図示されるように、内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２は、相互から側方にオフセットされてもよい。いくつかの実施形態では、各内部結合光学要素は、光が別の内部結合光学要素を通して通過せずに、光を受信するように、オフセットされてもよい。例えば、各内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２は、光を異なる画像投入デバイス１２１３、１２２３、１２３３から受信するように構成されてもよく、光を内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２の他のものから実質的に受信しないように、他の内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２から分離（例えば、側方に離間）されてもよい。
【００６３】
各導波管はまた、関連付けられた光分散要素を含み、例えば、光分散要素１２１４は、導波管１２１０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素１２２４は、導波管１２２０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置され、光分散要素１２３４は、導波管１２３０の主要表面（例えば、上部主要表面）上に配置される。いくつかの他の実施形態では、光分散要素１２１４、１２２４、１２３４は、それぞれ、関連付けられた導波管１２１０、１２２０、１２３０の底部主要表面上に配置されてもよい。いくつかの他の実施形態では、光分散要素１２１４、１２２４、１２３４は、それぞれ、関連付けられた導波管１２１０、１２２０、１２３０の上部および底部両方の主要表面上に配置されてもよい、または光分散要素１２１４、１２２４、１２３４は、それぞれ、異なる関連付けられた導波管１２１０、１２２０、１２３０内の上部および底部主要表面の異なるもの上に配置されてもよい。光分散要素１２１４、１２２４、１２３４は、光をｘおよびｙ座標の両方に分散させてもよい。例えば、第１の光分散要素（直交瞳孔エクスパンダと称され得る）は、光を１つの方向に分散させてもよく、第２の光分散要素（射出瞳エクスパンダと称され得る）は、光を第１の方向と垂直の第２の方向に分散させてもよい。第２の光分散要素はまた、装着者の眼の中に指向されるように、光を導波管から出射させてもよい。
【００６４】
導波管１２１０、１２２０、１２３０は、ガスおよび／または材料の固体層によって離間ならびに分離されてもよい。例えば、図示されるように、層１２１８ａは、導波管１２１０および１２２０を分離してもよく、層１２１８ｂは、導波管１２２０および１２３０を分離してもよい。いくつかの実施形態では、層１２１８ａおよび１２１８ｂは、低屈折率材料（すなわち、導波管１２１０、１２２０、１２３０の直近のものを形成する材料より低い屈折率を有する材料）から形成される。好ましくは、層１２１８ａ、１２１８ｂを形成する材料の屈折率は、導波管１２１０、１２２０、１２３０を形成する材料の屈折率を０．０５以上、または０．１０以上下回る。有利には、より低い屈折率層１２１８ａ、１２１８ｂは、導波管１２１０、１２２０、１２３０を通して光の全内部反射（ＴＩＲ）（例えば、各導波管の上部および底部主要表面間のＴＩＲ）を促進する、クラッディング層として機能してもよい。いくつかの実施形態では、層１２１８ａ、１２１８ｂは、空気から形成される。図示されないが、導波管の図示されるセット１２００の上部および底部は、直近クラッディング層を含んでもよいことを理解されたい。
【００６５】
好ましくは、製造および他の考慮点を容易にするために、導波管１２１０、１２２０、１２３０を形成する材料は、類似または同一であって、層１２１８ａ、１２１８ｂを形成する材料は、類似または同一である。いくつかの実施形態では、導波管１２１０、１２２０、１２３０を形成する材料は、１つまたはそれを上回る導波管間で異なってもよい、および／または層１２１８ａ、１２１８ｂを形成する材料は、依然として、前述の種々の屈折率関係を保持しながら、異なってもよい。
【００６６】
図８を継続して参照すると、光線１２４０、１２４２、１２４４が、導波管のセット１２００に入射する。光線１２４０、１２４２、１２４４は、１つまたはそれを上回る画像投入デバイス２００、２０２、２０４、２０６、２０８（図６）によって導波管１２１０、１２２０、１２３０の中に投入されてもよいことを理解されたい。
【００６７】
いくつかの実施形態では、光線１２４０、１２４２、１２４４は、異なる色に対応し得る、異なる性質、例えば、異なる波長または異なる波長範囲を有する。内部結合光学要素１２１２、１２２、１２３２はそれぞれ、光が、ＴＩＲによって、導波管１２１０、１２２０、１２３０のうちの個別のものを通して伝搬するように、入射光を偏向させる。
【００６８】
例えば、内部結合光学要素１２１２は、第１の波長または波長範囲を有する、光線１２４０を偏向させるように構成されてもよい。同様に、透過された光線１２４２は、第２の波長または波長範囲の光を偏向させるように構成される、内部結合光学要素１２２２に衝突し、それによって偏向される。同様に、光線１２４４は、第３の波長または波長範囲の光を選択的に偏向させるように構成される、内部結合光学要素１２３２によって偏向される。
【００６９】
図８を継続して参照すると、偏向された光線１２４０、１２４２、１２４４は、対応する導波管１２１０、１２２０、１２３０を通して伝搬するように偏向される。すなわち、各導波管の内部結合光学要素１２１２、１２２２、１２３２は、光をその対応する導波管１２１０、１２２０、１２３０の中に偏向させ、光を対応する導波管の中に内部結合する。光線１２４０、１２４２、１２４４は、光をＴＩＲによって個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０を通して伝搬させる角度で偏向される。光線１２４０、１２４２、１２４４は、導波管の対応する光分散要素１２１４、１２２４、１２３４に衝突するまで、ＴＩＲによって、個別の導波管１２１０、１２２０、１２３０を通して伝搬する。前述のように、例えば、回折特徴等の方向転換特徴（例えば、１つまたはそれを上回るホログラフィック光学要素内）が、ディスプレイによって形成される画像を視認するために、光を拡散させ、光を導波管から装着者の眼に放出するために使用される。
【００７０】
図９Ａは、ＭＥＭＳミラーを伴う深度切替デバイスに光学的に結合される、スタックされた導波管のセットの実施例の断面側面図を図示する。図９Ａに図示されるシステム９００は、光をプロジェクタ光学素子９０５の中に放出する、ＬＥＤ９０２を示す。各ＬＥＤ９０２は、異なるカラーＬＥＤを備えてもよい。例えば、ＬＥＤ９０２ａは、赤色（Ｒ）カラーＬＥＤであることができ、ＬＥＤ９０２ｂは、緑色（Ｇ）カラーＬＥＤであることができ、ＬＥＤ９０２ｃは、青色（Ｂ）カラーＬＥＤであることができる。プロジェクタ光学素子９０５は、光をＭＥＭＳミラー９１３および９１７を備える切替デバイス９１０の中に投影する。一実施形態では、切替デバイス９１０は、導波管のセット上に配置される、ＭＥＭＳ層であることができる。ＭＥＭＳミラーは、光を特定の深度平面９２０、９３０のための個別の導波管に再指向してもよい。図示されるように、第１の列のＭＥＭＳミラー９１３ａ、９１３ｂ、９１３ｃは、光を個別の内部結合光学要素９２２ａ−ｃに再指向し、第２の列のＭＥＭＳミラー９１７ａ、９１７ｂ、９１７ｃは、光を個別の内部結合光学要素９３２ａ−ｃに再指向する。内部結合光学要素９２２ａ−ｃはそれぞれ、第１の深度平面Ｄ１９２０と関連付けられた対応する導波管層上に配置されてもよく、内部結合光学要素９３２ａ−ｃはそれぞれ、第２の深度平面Ｄ２９３０と関連付けられた対応する導波管層上に配置されてもよい。内部結合光学要素９２２ａ−ｃおよび９３２ａ−ｃは、対応するミラー９１３ａ−ｃおよび９１７ａ−ｃから反射された光を受信するように配置されてもよい。いくつかの実施形態では、光を装着者の眼から方向転換する、これらの導波管は、接眼レンズと称され得る。
【００７１】
図示されるように、ＬＥＤ９０２からの光は、切替デバイス９１０によって、特定の深度平面と関連付けられた個別の導波管に再指向されてもよい。加えて、ＬＥＤ９０２から放出される各タイプの光（例えば、Ｒ、Ｇ、またはＢ色）は、ＬＥＤによって出力される光ビームの場所および導波管上の内部結合光学要素の場所に基づいて、特定の対応する導波管層および対応する内部結合光学要素を有してもよい。ＭＥＭＳ切替デバイス９１０は、光をその対応する内部結合光学要素を伴う特定の対応する導波管層に再指向する。例えば、ＬＥＤ９０２ｃから放出され、プロジェクタ光学素子９０５から投影されたＢ色光は、ＭＥＭＳミラー９１３ｃによって、導波管９２５として図９Ａに示される第１の深度平面Ｄ１と関連付けられた対応するＢ色導波管ガイドに再指向されることができる。図示される実施例を継続すると、ＬＥＤ９０２ｂから放出され、プロジェクタ光学素子９０５から投影されたＧ色光は、ＭＥＭＳミラー９１７ｂによって、導波管９３５として図９Ａに示される第２の深度平面Ｄ２と関連付けられたＧ色導波管に再指向されることができる。内部結合光学要素９２２ｃおよび９３２ｂは、光をその特定の導波管層内で再指向してもよい。同一実施例を継続すると、Ｂ色光は、内部結合光学要素９２２ｃによって、導波管９２５を通して方向転換および伝搬され、Ｇ色光は、内部結合光学要素９３２ｂによって、導波管９３５を通して方向転換および伝搬される。
【００７２】
ＬＥＤ９０２およびＭＥＭＳミラー９１３、９１７は、１つまたはそれを上回る処理モジュールを備えるコントローラ（例えば、コントローラ２１０）によって制御されてもよい。例えば、ＬＥＤ９０２およびＭＥＭＳミラー９１３、９１７は、導波管アセンブリの個別の部分の中に、したがって、導波管の対応するセットを介して、異なる深度平面９２０および９３０に再指向される光の原色のシーケンス化に基づいて、画像を眼の中に表示するために利用されてもよい。コントローラ（例えば、コントローラ２１０）は、１つまたはそれを上回る処理モジュール（例えば、処理モジュール７０、７２）を利用し、ＬＥＤ９０２から光を放出し、ＭＥＭＳミラー９１３、９１７を調節するシーケンスを判定し、導波管アセンブリ内の個別の導波管を介して、光を深度平面９２０および９３０に再指向するように構成されてもよい。図９Ｂおよび図９Ｃに描写されるように、ＭＥＭＳミラー９１３、９１７は、切替デバイスの平面の表面の法線に対して、角度θ（例えば、約３０度を上回るまたはそれと等しい角度、約４５度を上回るまたはそれと等しい角度、約６０度を上回るまたはそれと等しい角度等）だけ切替デバイス９１０の平面から傾斜するように動作されてもよい。切替デバイスの平面は、導波管９２５、９３５の表面の平面と平行であってもよい。ＭＥＭＳミラー９１３、９１７は、説明される様式で傾斜するように作動されると、特定の導波管の表面の法線に対して角度βで光を特定の導波管に再指向することができる。種々の実施形態では、ＭＥＭＳミラー９１３および９１７は、切替デバイスの平面（または導波管の表面と平行な平面）から約４５度の角度で反転し、光を特定の導波管の表面に対する略法線方向に沿って特定の導波管に再指向するように構成されることができる。コントローラ（例えば、コントローラ２１０）は、ＭＥＭＳミラー９１３、９１７を傾斜させるように構成される、アクチュエータまたは駆動機構を制御するように構成されることができる。図９Ｃは、切替デバイスの表面と平行な平面の内外に反転するように構成される、反射ミラーを備える切替デバイスの実装を図式的に図示する。図示される実装では、ミラー９１３ｂは、入射光が導波管９２５、９３５に向かって反射されるように、切替デバイス９１０の平面から反転するように作動される。ミラー９１３ａおよび９１３ｃは、プロジェクタ９０５の対応する瞳から生じる光ビームが導波管に向かって反射されずに通過することを可能にするように作動されない。
【００７３】
システム９００は、２つの深度平面を伴うように上記に説明されたが、任意の数の深度平面（例えば、３つまたはそれを上回る）が、ＭＥＭＳ切替デバイス９１０と併用されるように構成されることができる。加えて、または代替として、システム９００は、３つの原色を伴って上記に説明されたが、他の原色が、利用されてもよい。付加的色が提供されるある実施形態では、付加的ＭＥＭＳミラーが、デバイス９１０上に含まれ、それらの色からの光を個別の導波管および対応する内部結合光学要素に再指向してもよい。
【００７４】
図９Ｂは、ＭＥＭＳミラーを伴う深度切替デバイスの実施例の上面図を図式的に図示する。図９Ｂは、ＭＥＭＳミラーの上面図を示す。簡潔にするために、システム９００は、図９Ａに図示されるシステム１００と同一コンポーネントを含む。図９Ｂは、ＭＥＭＳミラー９１３および９１７が、各ＭＥＭＳミラー９１３、９１７が、直接、その対応する内部結合光学要素９３２にオーバーレイするようにデバイス９１０上に構成され得ることを図示する。
【００７５】
本明細書に説明されるように、プロジェクタ９０５は、コンテンツをウェアラブルディスプレイ上に生成するための光を投影するために使用されてもよい。本プロジェクタ９０５は、ＬＥＤ９０２と、空間光変調器（例えば、光変調器２０９ａ）と、光学素子とを利用して、画像情報を含有する光ビームを接眼レンズ（例えば、導波管のセット）の中に発出する。種々の実施形態では、プロジェクタ９０５は、単一瞳または複数の瞳を有してもよい。例えば、３つの波長（Ｒ、ＧおよびＢ）毎に３つの深度平面を有するシステムでは、プロジェクタ９０５は、波長および深度平面の組み合わせ毎に１つの瞳孔の９つの投影される瞳を有するように構成されることができる。投影される瞳の数を低減させることは、プロジェクタ９０５のサイズを低減させることができる。ＭＥＭＳミラーは、前述のように、投影される瞳の数を低減させるために使用されることができる。例えば、３つの波長（Ｒ、ＧおよびＢ）毎に３つの深度平面を有するシステムでは、プロジェクタ９０５は、波長Ｒ、Ｇ、およびＢ毎に１つの３つの投影される瞳を有するように構成されることができる。３つの投影される瞳からの光は、特定の導波管と関連付けられた反射ミラーを作動させることによって、特定の波長および特定の深度平面と関連付けられた特定の導波管の中に内部結合されることができる。このように、プロジェクタの投影される瞳の数は、９つから３つまで低減されることができる。別の例証的実施例として、図９Ａに図示されるように、２つの深度平面を有するシステム９００では、投影される瞳の数は、光の各波長の投影される瞳が特定の深度平面に再指向されることを可能にする、ＭＥＭＳミラー９１３および９１７の使用によって、６つから３つまで低減されることができる。任意の一般性を失うことなく、ウェアラブルディスプレイがアイウェアを構成するとき、１つのプロジェクタが、情報コンテンツを各眼の中に投影するために使用されることができる。
【００７６】
前述のように、複数の瞳を利用する、プロジェクタシステムは、本明細書に説明されるシステム（例えば、図９Ａおよび９Ｂに図示されるシステム９００ならびに図１０Ａに図示されるシステム１０５０Ａならびに図１０Ｂに図示されるシステム１０５０Ｂ）より大きくかつより重くなり得る。例えば、前述のように、３つの深度平面のためのプロジェクタシステム、すなわち、３色システムは、プロジェクタ（例えば、個々のレーザまたはＬＥＤ）によって提供される、９つの瞳を有してもよい。そのような構成は、単一瞳または単一色または単一深度システムと比較して有意により大きい直径を伴う、プロジェクタをもたらし得る。本サイズは、重量および体積を追加するため、望ましくあり得ず、ウェアラブルアーキテクチャ内のコンポーネント設置を制限し得る。
【００７７】
本明細書に説明されるシステムおよび方法は、フルカラーマルチ深度ウェアラブルディスプレイを可能にする。図９Ａ−９Ｂに関して説明されるように、本システムは、ＭＥＭＳミラー技術を利用し、異なる波長のための投影される瞳を個々の深度平面に選択的にルーティングする。いくつかの実施形態では、単一ＭＥＭＳミラーが、光を２つの潜在的出力のうちの１つにルーティングするために使用されることができる。例えば、ミラーが、「オフ」状態にあるとき、ミラーは、図９Ｃに示されるように、平坦に置かれる。故に、光は、単に、そのミラーを通過し、直線に継続する。ミラーが「オン」状態にあるとき、ミラーは、図９Ｃに示されるように、導波管の表面の法線に対して角度θ（例えば、約４５度の角度）だけ導波管の平面と平行な切替デバイスの平面から上／下に反転する。故に、光は、本ミラーに衝打し、反射し、ビームは、ここで、導波管の表面の法線に対して角度β（例えば、約９０度）だけ方向転換される。
【００７８】
単一瞳システムの一実施形態では、個々のミラーは、１×Ｎアレイに配列される。故に、１つの入力ビームは、ここで、所望のチャネルに対応する個別の導波管のためのミラーをアクティブ化または作動させることによって、多数の出力チャネルに切り替えられることができる。別の実施例として、３つの深度平面システムは、図１０Ｂに描写されるように、１×３アレイのミラーを利用してもよい。第１のミラーが「オン」状態にある場合、画像は、深度Ｄ１にルーティングされる。第１のミラーが「オフ」（例えば、下）であって、第２のミラーが「オン」（例えば、上）である場合、画像は、深度平面Ｄ２にルーティングされる。そのような実施形態は、単一瞳システムのための深度スイッチとして利用されてもよい。
【００７９】
別の実施形態として、深度スイッチは、マルチ瞳システムのために構成されてもよい。そのような深度スイッチは、プロジェクタ９０５を通して伝送される瞳の数を低減させる、または最小限にし得る。深度切替は、したがって、より小さいおよびより軽量プロジェクタを用いて達成されることができる。例えば、上記に説明されるように、フルカラー３深度平面分割瞳孔プロジェクタシステムは、９つの個々の瞳がプロジェクタを通して伝送されることを要求し得る。対照的に、深度平面間で切り替えるためのＭＥＭＳミラーまたはスイッチを有する、そのようなシステムでは、プロジェクタによって提供される瞳の数は、３つ（赤色に１つ、緑色に１つ、および青色に１つ）まで低減され、依然として、同一のフルカラー３深度平面性能を達成することができる。例えば、図９Ａにおけるデバイス９１０に関して上記に説明されるように、２つの１×３ＭＥＭＳミラーアレイ、すなわち、合計６つのミラーが、光を２つの深度平面のための個別の導波管に再指向するために利用される。図示されるように、プロジェクタ９０５は、３つの瞳（例えば、ＬＥＤ９０２ａ、９０２ｂ、９０２ｃからの光）を投影する。同様に、プロジェクタの照明部分は、３つの瞳を含有してもよく、各色のうちの１つは、可能性として、線形パターンに配列される。プロジェクタからの出射に応じて、各色は、１×３ミラーアレイの特定のミラーにアドレス指定されてもよい。故に、各瞳（例えば、各色）は、ここで、任意の深度平面にルーティングされることができる。スケーラビリティは、付加的ミラーを各瞳孔チャネルに追加することによって達成されることができる。故に、システム９００は、ｎ×ｎにスケーラブルである。
【００８０】
マルチ瞳プロジェクタのためのプロジェクタサイズおよび重量における低減もまた、改良である。システム内の瞳の数を低減させることによって、光学素子のサイズは、低減されることができる。これは、光学素子自体の重量低減だけではなく、また、より小さい筐体および搭載コンポーネントと関連付けられた付加的重量節約ももたらす。加えて、瞳が線形アレイ内で整合されると、プロジェクタの１つの軸は、他の軸よりはるかに薄くなり得る（例えば、円形瞳孔構成を伴う９瞳システムと比較して）。正しい配向を用いることで、プロジェクタ９０５の本低減されたサイズは、より大きいシステムを用いて可能ではないであろう構成における搭載を可能にし得る。したがって、ウェアラブルデバイスの人間工学は、単純重量節約を超えて有意に改良されることができる。
【００８１】
他のＭＥＭＳミラー構成も、可能性として考えられる。システム９００の別の実施形態では、ＭＥＭＳミラーの数は、２つまで低減される。故に、２つの１×３アレイのミラーを含むのではなく、単一の１×２アレイのミラーが存在し、ミラーは、全ての瞳が所与の深度平面のための同一ミラーに衝打するように、１つの軸を横断して延在する。そのような構成は、可動部品を低減させ、例えば、駆動機構のためのより多くの空間を提供し得る。駆動機構は、ＭＥＭＳミラーを作動させ、傾斜させてもよい。そのような方法のために、ＭＥＭＳミラーは、より高速の作動時間または応答時間を伴って、より高速で駆動され、異なる色に適応し得る。
【００８２】
種々の実施形態では、各ＬＥＤから放出される光は、シーケンス化され、色シーケンシャル動作において異なる色を異なる時間に放出してもよい。例えば、一実施形態では、１つの色は、任意の所与の瞬間にオンにされてもよく、色は、全てのフレームに関して一定のままである特定のシーケンスにおいてオンにされる。色は、眼がそれらを同時であるように解釈するように十分に高速レートでシーケンス化されてもよい。例えば、所与の深度平面に関する全３つのＲ、Ｇ、およびＢチャネルのための１つのＭＥＭＳミラーを伴う一実施形態では、ＭＥＭＳミラーは、３つのＲ、Ｇ、およびＢチャネルのための３つの別個のＭＥＭＳミラーを伴う実施形態と比較して、所望のフレームレートの３倍で切り替わってもよい。３つのＲ、Ｇ、およびＢチャネル毎に、３つの別個のＭＥＭＳミラーを伴う、ある実施形態では、各ＬＥＤから放出される光は、非シーケンシャルであってもよく、光は、複数のＬＥＤから同時に放出される。例えば、ＲカラーＬＥＤは、第１の深度平面と関連付けられた第１のＭＥＭＳミラーによって再指向される光を放出してもよい一方、ＧカラーＬＥＤは、第２の深度平面と関連付けられた第２のＭＥＭＳミラーによって再指向される光を放出してもよい。そのような実施形態は、色成分および深度平面毎に各ＭＥＭＳミラーが、独立して、アドレス指定または作動されることができるため、完全アドレス指定可能と称され得る。そのような場合では、ＭＥＭＳミラーは、フルＲＧＢディスプレイのために所望のフレームレートで切り替わってもよい。別の実施形態では、ＭＥＭＳミラーは、任意の他の所望のフレームレートで切り替わってもよい。他の実施形態では、ＭＥＭＳミラーは、非色シーケンシャル方法のために切り替わってもよい。
【００８３】
図１０Ａおよび１０Ｂは、複数のＭＥＭＳミラーを含むディスプレイシステムの実施形態１０５０Ａおよび１０５０Ｂの上面図を図示する。図１０Ａの実施形態１０５０Ａおよび図１０Ｂの１０５０Ｂは、３つの異なる波長の光（例えば、赤色、緑色、および青色）を出力するように構成される、複数の光学源１００２ａ、１００２ｂ、および１００２ｃを備える。異なる波長の光は、３つの投影瞳を有するプロジェクタ１００５によって投影される。プロジェクタ１００５の異なる投影瞳（例えば、各投影瞳）は、３つの光学源１００２ａ、１００２ｂ、および１００２ｃから放出される個別の波長の光と関連付けられることができる。プロジェクタ１００５から投影された光は、導波管システム１００８と関連付けられた切替デバイス１０１０に入射する。導波管システム１００８は、複数の深度平面と関連付けられた複数の導波管を備えることができる。例えば、導波管システム１００８は、９つの導波管を含むことができ、９つの導波管の第１の３つは、第１の深度平面（Ｄ１）と関連付けられ、９つの導波管の第２の３つは、第２の深度平面（Ｄ２）と関連付けられ、９つの導波管の第３の３つは、第３の深度平面（Ｄ２）と関連付けられる。特定の深度平面と関連付けられた導波管は、３つの投影された波長の光のうちの個別の１つを内部結合するように構成されることができる。導波管システム１００８内の異なる導波管（例えば、各導波管）は、３つの投影された波長の光ののうちの個別の１つを内部結合するように構成される、内部結合光学要素１０１２と関連付けられることができる。図１０Ａの実施形態１０５０Ａの切替デバイス１０１０は、ＭＥＭＳミラー１０１４の３×３アレイを備える。ＭＥＭＳミラー１０１４の３×３アレイの異なるＭＥＭＳミラー（例えば、各ＭＥＭＳミラー）は、３つの波長の光のうちの個別の１つを３つの深度平面Ｄ１、Ｄ２またはＤ３のうちの１つと関連付けられた対応する内部結合光学要素１０１２に向かって再指向するように構成される。前述のように、実施形態１０００Ａにおける切替デバイス１０１０の３×３アレイにおける異なるＭＥＭＳミラーは、異なる色成分および深度平面と関連付けられたＭＥＭＳミラーが、独立して、アドレス指定または作動され得るように、完全にアドレス指定可能であることができる。
【００８４】
図１０Ｂの実施形態１０５０Ｂの切替デバイス１０１０は、ＭＥＭＳミラー１０１４の１×３アレイを備える。図１０Ｂの実施形態１０５０Ｂの切替デバイス１０１０の１×３アレイのミラーにおける第１のミラーは、第１の深度平面Ｄ１と関連付けられ、図１０Ｂの実施形態１０５０Ｂの切替デバイス１０１０の１×３アレイのミラーにおける第２のミラーは、第２の深度平面Ｄ２と関連付けられ、図１０Ｂの実施形態１０５０Ｂの切替デバイス１０１０の１×３アレイのミラーにおける第３のミラーは、第３の深度平面Ｄ３と関連付けられる。作動されると、図１０Ｂの実施形態１０５０Ｂの切替デバイス１０１０の１×３アレイのミラーにおける第１のミラーは、３つの波長出力のいずれかにおける光をプロジェクタ１００５から第１の深度平面と関連付けられた複数の導波管に指向するように構成され、図１０Ｂの実施形態１０５０Ｂの切替デバイス１０１０の１×３アレイのミラーにおける第２のミラーは、３つの波長出力のいずれかにおける光をプロジェクタ１００５から第２の深度平面と関連付けられた複数の導波管に指向するように構成され、図１０Ｂの実施形態１０５０Ｂの切替デバイス１０１０の１×３アレイのミラーにおける第３のミラーは、３つの波長出力のいずれかにおける光をプロジェクタ１００５から第３の深度平面と関連付けられた複数の導波管に指向するように構成される。
【００８５】
いくつかの実施形態では、異なるＬＥＤから放出される光は、異なる色を色シーケンシャル動作において異なる時間に放出するようにシーケンス化され、実施形態１０５０Ｂに示される切替デバイス１０１０内の１×３アレイのミラーにおけるＭＥＭＳミラーのうちの１つによって方向転換され、特定の波長を３つの深度平面Ｄ１、Ｄ２、またはＤ３のうちの１つと関連付けられた内部結合光学要素１０１２のうちの１つに向かって再指向してもよい。いくつかの実施形態では、プロジェクタは、異なる波長の光を同時に放出するように構成されてもよく、これは、図１０Ｂの実施形態１０５０Ｂに示される切替デバイス１０１０内の１×３アレイのミラーにおけるミラーのうちの１つまたはそれを上回るものによって方向転換され、放出される異なる波長を部分的色のための３つの深度平面Ｄ１、Ｄ２、またはＤ３のうちの１つと関連付けられた個別の内部結合光学要素１０１２に向かって再指向することができる。
【００８６】
図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、導波管システム１００８内の各導波管はさらに、内部結合された光の瞳サイズを拡張させるように構成される、光学要素１０２５と、光を導波管から再指向するように構成される、光学要素１０２０とを備えることができる。
【００８７】
他の実施形態では、ＭＥＭＳミラーは、図９Ｄ−１および９Ｄ−２に示されるように、摺動ミラーを備える。例えば、これらの実施形態では、ＭＥＭＳミラーは、切替のために、ビームの経路の中に上方に摺動してもよい。図９Ｄ−１に描写されるように、ミラーが、作動されないとき、光９５０の入射ビームは、反射されずに通過する。作動されると、ミラーのうちの１つ（例えば、ミラー９１３ｂ）は、ビーム９５０の経路の中に上方に摺動してもよい。ビーム９５０は、図９Ｄ−２に示されるように、作動されたミラー（例えば、ミラー９１３ｂ）によって、光ビーム９５２として反射される。摺動ミラーはまた、相互のより近くに設置されることができ、したがって、いくつかの実施形態では、摺動ミラーは、傾斜ミラーの充塞密度と比較して、より高い充塞密度を有する。これは、ＭＥＭＳミラーがあまり拡散されないため、プロジェクタの作業距離を低減させ得る。プロジェクタのより短い作業距離はまた、プロジェクタのサイズおよび重量を低減させ得る。ＭＥＭＳミラーの他の構成または作用も、可能性として考えられる。
【００８８】
革新的側面の種々の例示的実施形態が、本明細書で説明される。非限定的な意味で、これらの実施例を参照する。それらは、革新的側面のより広く適用可能な実装を例証するように提供される。種々の変更が、実施形態および／または実装の精神および範囲から逸脱することなく、説明される実施形態および実装に成されてもよく、均等物が置換されてもよい。
【００８９】
例えば、有利には、複数の深度平面を横断して画像を提供する、ＡＲディスプレイとともに利用されるが、本明細書に開示される拡張現実コンテンツはまた、画像を単一深度平面上に提供するシステムによって表示されてもよい。
【００９０】
加えて、特定の状況、材料、組成物、プロセス、プロセスの行為またはステップを、革新的側面の目的、精神、または範囲に適合させるように、多くの修正が行われてもよい。さらに、当業者によって理解されるように、本明細書で説明および図示される個々の変形例のそれぞれは、革新的側面の範囲または精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離され得るか、またはそれらと組み合わせられ得る、離散コンポーネントおよび特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示と関連付けられる請求項の範囲内であることを目的としている。
【００９１】
革新的側面は、本デバイスを使用して行われ得る方法を含む。本方法は、そのような好適なデバイスを提供する行為を含んでもよい。そのような提供は、ユーザによって行われてもよい。換言すると、「提供する」行為は、本方法において必要デバイスを提供するために、取得する、アクセスする、接近する、位置付ける、設定する、起動する、電源投入する、または別様に作用するようにユーザに要求するにすぎない。本明細書に記載される方法は、論理的に可能である記載された事象の任意の順序で、ならびに事象の記載された順序で実行されてもよい。
【００９２】
革新的側面の実施例が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上記で記載されている。革新的側面の他の詳細に関して、これらは、上記の参照された特許および公開に関連して理解されるとともに、概して、当業者によって把握または理解され得る。同じことが、一般的または理論的に採用されるような付加的な行為の観点から、方法ベースの側面に関して当てはまり得る。
【００９３】
加えて、革新的側面が、随意に、種々の特徴を随意に組み込む、いくつかの実施例を参照して説明されているが、革新的側面は、革新的側面の各変形例に関して考慮されるように説明または指示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、革新的側面の精神および範囲から逸脱することなく、革新的側面の説明および均等物に成されてもよい（本明細書に記載されるか、またはいくらか簡潔にするために含まれないかどうかにかかわらず）。加えて、値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在値、およびその規定範囲内の任意の他の規定または介在値が、革新的側面内に包含されることが理解される。
【００９４】
また、本明細書で説明される発明の変形例の任意の随意的な特徴が、独立して、または本明細書で説明される特徴のうちのいずれか１つまたはそれを上回る特徴と組み合わせて、記載および請求され得ることが考慮される。単数形の項目の言及は、複数の同一項目が存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書で、およびそれに関連付けられる請求項で使用されるように、「１つの（ａ、ａｎ）」、「該（ｓａｉｄ）」、および「該（ｔｈｅ）」という単数形は、特に別様に記述されない限り、複数の指示対象を含む。換言すると、冠詞の使用は、上記の説明ならびに本開示と関連付けられる請求項で、対象項目の「少なくとも１つ」を可能にする。さらに、そのような請求項は、任意の随意的な要素を除外するように起草され得ることに留意されたい。したがって、この記述は、請求項要素の記載に関連する「だけ」、「のみ」、および同等物等のそのような排他的用語の使用、または「否定的」制限の使用のための先行詞としての機能を果たすことを目的としている。
【００９５】
そのような排他的用語を使用することなく、本開示と関連付けられる請求項での「備える」という用語は、所与の数の要素がそのような請求項で列挙されるか、または特徴の追加をそのような請求項に記載される要素の性質を変換するものと見なすことができるかどうかにかかわらず、任意の付加的な要素の包含を可能にするものとする。本明細書で特に定義される場合を除いて、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広義の一般的に理解されている意味を与えられるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ−１】
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【図９Ｄ−２】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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